Химические приложения топологии и теории графов - Кинг Р.
Скачать (прямая ссылка):
Химическое строение молекул обладает основным свойством топологических
структур: сохранением целостности и непрерывности взаимодействия атомов в
молекуле при всех изменениях геометрии, межатомных расстояний, валентных
углов. Структура молекул может быть удобно изображена на языке теории
графов, что, как выясняется, не просто приводит к новой формализации, но
имеет эвристическое значение. Матричные представления молекулярных
графов, естественно, связываются с матричными методами квантовой химии, в
частности с методом расчетов по Хюк-келю.
В химическую науку фактически вводится новый язык, отражающий
оригинальные подходы к пониманию строения и превращений молекул. Этим и
обусловлено появление таких статей, как "Логика химических идей" (П. Плят
и Е. Хасс), "Сгереохимическая топология" (Д. Волба), "Теория молекулярной
структуры" (Р. Бейдер), "Алгебраическая и топологическая структура
квантовой химии, химической кинетики и наглядные правила, позволяющие
сделать качественные прогнозы для химической практики" (О. Сина-ноглу) и
др.
Авторы возвращают читателя к проблеме определения таких краеугольных
понятий химической науки, как молекулярная структура, изомерия,
конформация, конфигурация, углубляя их содержание и систематизируя на
основе топологии и теории графов. Нако-
Предисловие редактора перевода
7
нец, в книге рассматриваются разнообразные конкретные области химии,
которые можно сгруппировать по следующим темам: квантовая химия - теория
молекулярной структуры, основанная на топологических свойствах
распределения заряда в молекулярных системах; топологический анализ
поверхности потенциальной энергии и путей химической реакции;
топологические индексы реакционной способности; классификация механизмов
химических реакций; химия полимеров; химия' неорганических кластеров;
теория растворов; биохимия.
Книга, несомненно, предвещает новую, более сложную систему представлений
и понятий химической науки, чем это принято до сих пор, вводя категории
высокой абстракции. Если химик уже освоился с листом Мёбиуса для
понимания циклических полиеновых структур или определения путей синтеза
катенанов, то отныне придется привыкать к таким понятиям, как многомерные
пространства, риманова геометрия, четырехмерный мир Минковского.
В то же время в терминах топологии рассмотрены более конкретные задачи:
правила орбитальной симметрии, колебательные химические реакции, теория
полиэдранов, полиеновых структур, кластеров, катенанов, ротаксанов и
неожиданных топологических изомеров. Обсуждается взаимосвязь
топологических индексов с физико-химическими и даже фармакологическими
свойствами веществ; топологический индекс Винера коррелирует молекулярные
рефракции, теплоты образования, вязкость, поверхностное натяжение,
хроматографические константы веществ, октановые числа углеводородов и
даже активность биопрепаратов вплоть до фунгицидных свойств и
ингибирования ферментов.
Перевод книги был сопряжен с большими трудностями. Многие термины в столь
быстро развивающейся области еще не установились. Авторы представленных
статей пользуются весьма пестрой терминологией и неоднозначной системой
обозначений. При переводе мы сочли целесообразным следовать терминологии,
близкой к использованной в ранее переведенных на русский язык книгах *.
При составлении подстрочных примечаний мы руководствовались тем, что
среди читателей будет много как химиков, так и ма-
* Уилсон Р. Введение в теорию графов. - М.: Мир, 1977; Берж К. Теория
графов и ее применения. - М.: ИЛ, 1962; Басакер Р., Саати Т. Конечные
графы и сети. - М.: Наука, 1974.
Предисловие редактора перевода
тематиков. Поэтому часть примечаний адресована лишь химикам, чтобы
облегчить их ознакомление с применением понятий топологии и теории
графов. Математикам, возможно, эти пояснения покажутся достаточно
очевидными, но для них, несомненно, представят интерес указания на
дальнейшие, не затронутые в публикуемых статьях применения
неколичественных математических методов в химии.
Знакомство с монографией будет полезным не только специалистам в области
теоретической органической химии, но и биохимикам, физикохимикам,
физикам-теоретикам и математикам, содействуя их подключению к разработке
новой области исследований.
Ю. Жданов
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
В последние годы такие математические дисциплины, как топология и теория
графов, приобрели большое значение при различных химических
исследованиях^ включая изучение структуры, реакционной способности и
динамики. Симпозиум "Химические приложения топологии и теории графов",
проходивший 18-22 апреля 1983 г. в Университете шт. Джорджия (г. Афины,
США), собрал ученых, интересующихся этими областями математической химии.
Настоящая книга содержит переводы на русский язык 34 статей,
представленных на симпозиуме. Я надеюсь, что она окажется такой же
полезной для советских ученых, как стало американское издание для
западных ученых, и что публикация русского перевода будет способствовать